En studie från Northwestern University visar att koppling av ett magnetiskt resonans imaging (MRI) kontrastmedel till en nanodiamond resulterar i dramatiskt förbättrad signalintensitet och därmed levande bildkontrast.
"Resultaten är ett språng och inte ett litet-det är en speländrande händelse för känslighet, "sade Thomas J. Meade, Eileen Foell -professor i cancerforskning vid Weinberg College of Arts and Sciences och Feinberg School of Medicine. "Detta är ett avbildningsmedel på steroider. Komplexet är mycket känsligare än något annat jag har sett."
Meade ledde studien tillsammans med Dean Ho, biträdande professor i biomedicinsk teknik och maskinteknik vid McCormick School of Engineering and Applied Science.
Ho har redan visat att nanodiamanterna har utmärkt biokompatibilitet och kan användas för effektiv läkemedelsleverans. Detta nya arbete banar väg för den kliniska användningen av nanodiamanter för att både leverera terapi och fjärrspåra läkemedlets aktivitet och lokalisering.
Studien, publicerad online av tidskriften Nano bokstäver , är också den första publicerade rapporten om nanodiamanter som avbildas av MRI -teknik, såvitt forskarna vet. Möjligheten att avbilda nanodiamanter in vivo skulle vara användbar i biologiska studier där långsiktig kartläggning av cellulär öde är kritisk, som att spåra betahäftceller eller spåra stamceller.
MR är en icke -invasiv medicinsk bildteknik som använder ett intravenöst kontrastmedel för att producera detaljerade bilder av inre strukturer i kroppen. MRI kan penetrera djup vävnad, uppnår en effektiv nivå av mjukvävnadskontrast med hög rumslig och tidsrelaterad upplösning, och kräver inte joniserande strålning.
Kontrastmedel används vid MRT eftersom de förändrar relaxiviteten (indikator för kontrasteffekt) och förbättrar bildupplösningen. Gadolinium (Gd) är det material som oftast används som ett MR -kontrastmedel, men dess kontrasteffekt kan förbättras.
Meade, Ho och deras kollegor utvecklade ett gadolinium (III) -nanodiamondkomplex som, i en serie tester, visat en signifikant ökning av relaxivitet och, i tur och ordning, en signifikant ökning av kontrastförbättringen. Gd (III) -nanodiamondkomplexet visade en mer än 10-faldig ökning av relaxivitet-bland de högsta per Gd (III) -värden som hittills rapporterats. Detta representerar ett viktigt framsteg i effektiviteten hos MR -kontrastmedel.
Ho och Meade avbildade en mängd olika nanodiamondprover, inklusive nanodiamanter dekorerade med olika koncentrationer av Gd (III), odekorerade nanodiamanter och vatten. Den intensiva signalen från Gd (III) -nanodiamondkomplexet var ljusast när Gd (III) -nivån var högst.
"Nanodiamanter har visat sig vara effektiva för att locka vattenmolekyler till deras yta, som kan förbättra relaxivitetsegenskaperna hos Gd (III) -nanodiamondkomplexet, "sa Ho." Detta kan förklara varför dessa komplex är så ljusa och så bra kontrastmedel. "
"Nanodiamanterna är helt unika bland nanopartiklar, "Meade sa." En nanodiamond är som ett lastfartyg - det ger oss en icke -toxisk plattform för att sätta olika typer av droger och avbildningsmedel. "
Biokompatibiliteten för Gd (III) -nanodiamondkomplexet understryker dess kliniska relevans. Förutom att bekräfta den förbättrade signalen som produceras av hybrid, forskarna genomförde toxicitetsstudier med fibroblaster och HeLa -celler som biologiska testbäddar.
De fann liten inverkan av hybridkomplexet på cellulär livskraft, bekräftar komplexets inneboende säkerhet och positionerar det som ett kliniskt signifikant nanomaterial. (Andra nanodiamondavbildningsmetoder, såsom fluorescerande nanodiamondmedel, har begränsad vävnadspenetrering och är mer lämpliga för histologiska tillämpningar.)
Nanodiamanter är kolbaserade material med cirka fyra till sex nanometer i diameter. Varje nanodiamonds yta har karboxylgrupper som gör att ett brett spektrum av föreningar kan fästas till den, inte bara gadolinium (III).
Forskarna undersöker den prekliniska tillämpningen av MR-kontrastmedel-nanodiamondhybriden i olika djurmodeller. Med sikte på att optimera detta nya hybridmaterial, de fortsätter också studier av strukturen för Gd (III) -nanodiamondkomplexet för att lära sig hur det styr ökad relaxivitet.
Meade har varit banbrytande inom design och syntes av kemiska föreningar för tillämpningar inom cancerdetektering, cellulär signalering och genreglering. Ho har varit föregångare i utvecklingen av nanodiamanter och har visat deras effektivitet som fordon för leverans av läkemedel. Båda är medlemmar i Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center vid Northwestern University.
